FI100316B - Menetelmä metallin, erityisesti teräksen, jatkuvavalamiseksi billeteik si ja raakatangoiksi - Google Patents

Description

100316

Menetelmä metallin, erityisesti teräksen, jatkuvavalamiseksi billeteiksi ja raakatangoiksi. - Förfarande för kontinuerlig gjutning av metall, speciellt stäl, till billets och rästän-ger.

5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä metallin, erityisesti teräksen, jatkuvavalamiseksi .

10 Läpikulkumuotteihin tapahtuvan jatkuvavalun alusta alkaen ovat asiantuntijat olleet tekemisissä ilmaraon muodostumisen ongelman kanssa, joka ilmarako muodostuu tangon kuoren ja kokillin seinämän väliin kylvyn pinnan alapuolelle.' Tämä rako vähentää lämmönsiirtoa kokillin ja tangon kuoren välil-15 lä olennaisesti ja aiheuttaa kuoren epätasaisen jäähtymisen, joka johtaa virheisiin tangossa, kuten vinokaiteisuuteen, säröihin, rakennevirheisiin ja vastaaviin. Jotta koko kokillin pituudella, kaikilla sivuilla, saataisiin mahdollisimman hyvä tangon kuoren kosketus kokillin seinämään ja siten 20 parhaat mahdolliset olosuhteet lämmönantoa varten, on tehty useita ehdotuksia, esimerkiksi askelpalkit (Walking Beams), jäähdytysväliaineen injektointi-ilmarakoon, vaihtelevalla kartiokkuudella varustettu muottiontelo jne.

25 US-patentista 4'207'941 on tunnettu kokillit terästankojen jatkuvavalamiseksi, joilla tangoilla on monikulmainen, erityisesti neliömäinen poikkileikkaus. Muottiontelon, joka on avoin kummassakin päässä, poikkileikkaus on nelikulmainen varustettuna reunapyöristyksin valunpuoleisessa päässä ja 30 epäsäännöllinen kaksitoistakulmainen tangon poistopäässä.

Kulma-alueessa kohti kulmapyöristyksiä valukartio lisääntyy jatkuvasti tangon etenemissuunnassa, ja se on pyöristyksen alueessa kokillin osapituudella suunnilleen kaksi kertaa niin suuri kuin kokillin seinämän keskialueessa. Valettaessa 35 tällaisilla kokilleilla voi esiintyä tangon jumiutumista kokillin sisäpuolelle, joka johtaa tangon katkoksiin ja' murtumiin. Lisäksi tässä valetaan kaksitoistakulmio nelikul- 2 100316 mion asemasta. Erityisesti on vaikeaa antaa näille muoteille oikeat mitat erilaisia valunopeuksia varten, jotka eivät ole vältettävissä pitkissä valujaksoissa, joihin liittyy useita valutangon vaihtoja.

5

Julkaisusta US-4774995, joka muodostaa vaatimuksen 1 johdanto-osan, on tunnettu jatkuvavalukokilli, jonka muottiontelon poikkileikkaus laskuputken vastaanottamiseksi on valun puoleisessa päässä suurempi kuin tangon poistopuolella.

10 Tangon kulkiessa tämän kokillin läpi pienenee tangon paksuus ja tämän ohella osittain jähmettyneen tangon poikkileikkauspinta-ala muotoutumalla kokillin leveän puolen kanssa tapahtuvassa kosketuksessa. Teräsnauhan valamiseen järjestetyn kokillin kapea puoli divergoi tangon kulkusuunnassa vastaten 15 tangon paksuusmittaa siten, että tangon poikkileikkauspinnan kehämitta pysyy olennaisesti vakiona. Tavanomaisen valuput-ken käyttö ohuita nauhoja valettaessa aiheuttaa tässä valu-menetelmässä tangon kuoren voimakkaan muotoutumisen kahdella tangon sivulla, ilman että saavutetaan tangon jäähtymisen 20 tasaantuminen tangon koko kehän ympäri kokillin sisäpuolella.

“ -9

Keksinnön päämääränä on voittaa edellä mainitut haittapuolet. Erityisesti tulee keksinnön mukaisella valumenetelmällä 25 saavuttaa parannettu tangon kuoriosan jäähdytys kokillissa, parannettu tangon laatu ja lisääntynyt valun tuotanto. Edelleen tulee tämän uuden valumenetelmän tulla optimoiduksi käytännössä esiintulevia käyttötoimenpiteitä varten, kuten käynnistys, valuputken vaihto, väliastian vaihto, sangon 30 vaihto, valun päättyminen, häiriöt jne., ja tämän avulla parannetaan lisäksi sekä valun laatua että kokillin kestoikää.

Keksinnön mukaisesti ratkaistaan nämä tehtävät patenttivaa-35 timuksen 1 tunnuspiirteiden yhdistelmän avulla.

Keksinnön mukaisen valumenetelmän avulla on mahdollista, 3 100316 billeteissä ja raakatangoissa, antaa kaikissa kehän osissa tasainen ja intensiteetiltään ennalta annetuissa rajoissa säädettävä jäähdytys. Tämän avulla voidaan vaikuttaa tangon kuoriosan kiteytymiseen, lisätä valun tuotantoa ja parantaa 5 tangon laatua. Teräväkulmaisuus, pintavirheet ja rakennevirheet voidaan välttää. Tangon kuoriosan deformaatiopituuden jatkuvalla sovittamisella kokillin sisäpuolella valuproses-sin aikana voidaan lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä parantaa jäähdytyksen yhdenmukaisuutta erilaisissa valupara-10 metreissä. Tangossa olevia laatuvirheitä ja tangon katkeamisen ja murtumisen vaaraa voidaan vähentää olennaisesti voimakkaasti vaihtelevien valuparametrien yhteydessä. Lisäksi voidaan pidentää kokillin kestoikää.

15 Pullistuman kokonaislaajuuden määrä määritetään pullistuman kaarikorkeudella, kulmalla, joka muodostaa pullistuman kartiokkuuden, ja kylvyn pinnan korkeudella osapituuden sisällä. Laajuus on tavallisesti suhteessa kylvyn pinnan osakorkeuteen osapituuden sisäpuolella. Pullistuman jatkuvan 20 kartiokkuuden asemasta voidaan valita myös depressiivinen, progressiivinen jne. Pullistuman laajuuden määrä käynnissä olevan valun aikana määritetään tavallisesti mm:nä.

Mikäli jatkuvavalulaitoksessa mitataan kitkaa tangon ja 25 kokillin välillä, niin erään suoritusmuotoesimerkin mukaisesti voidaan pullistuman laajuuden määrä määrittää siten, että esillä oleviin valuparametreihin optimoitu kitka-arvo tulee pysytetyksi. Tangon ja kokillin välisen kitkamittauk-sen asemasta voidaan käyttää myös ulosvetovoiman mittausta 30 ohjaimessa parametrinä.

Pullistuman laajuuden mitta voidaan määrittää valuparametrien jatkuvalla mittaamisella tai myös matemaattisen mallin avulla, joka ottaa huomioon teräsanalyysin, ylikuumennus- ja 35 valulämpötilan, valitun valunopeuden, voiteluaineen lajin ja/tai lämpövirran kokillissa.

4 100316

Seisokin yhteydessä voi laajuus saavuttaa nollan, kun esimerkiksi kylvyn pinta asetetaan kokillin osapituuden alempaan päätekohtaan tai syvemmälle.

5 Olennaisesti pyöreiden poikkileikkausten yhteydessä on ajateltavissa, että kaksi toisiaan vastapäätä sijaitsevaa pullistumaa sulkee sisäänsä noin 90 % tangon kehästä. Erään suoritusmuotoesimerkin mukaisesti on suunnilleen pyöreän poikkileikkauksen yhteydessä erityisen edullista, kun muo-10 dostetaan kolme tasaisesti kehälle jaettua pullistumaa.

Nelikulmaisten, suorakulmaisten, kuusikulmaisten jne. poikkileikkausten yhteydessä varustetaan tavallisesti kaikki kehän poikkileikkausta rajoittavat sivut muotoiltavilla pullistumilla.

15

Muodostuvan tangon kuoriosan kulkiessa tekniikan tason kokillin läpi pienenee tangon poikkileikkaus tangon kuoriosan kutistumien johdosta vähäisen määrän. Täydellistä muodonmuutosta ei panna tällöin toimeen. Pullistuman vasta-20 muotoilulla (Ruckformung) valun pinnan ja osapituuden pään välissä saavutetaan tangon poikkileikkauksen lisäreduktio, jolloin suuruusluokka on välillä 4 - 15 %, edullisesti välillä 6 - 10 %.

25 Tangon kuoriosan kontrolloimattomaan irtoamiseen tekniikan tason kokilleissa on billetti- ja raakatankokokillien pidennys osoittautunut vain vähän mielekkääksi. Pullistuman kontrolloitu vastamuovaus, johon liittyy suuri alue nimel-lispinnankorkeuden säätämiseksi, tekee ensimmäistä kertaa 30 mielekkääksi sen, että, erään lisäsuoritusmuotoesimerkin mukaisesti, kokillissa muodostuva tanko jäähdytetään valupa-rametreistä riippuen säädettävällä primäärijäähdytysvälillä, esimerkiksi välillä 500 ja 1000 mm. Tangon kuoriosan pullistuman vastamuovaus säädetään tällöin pituustasolla, joka on 35 välillä 0 ja 40 % kokillin pituudesta.

Seuraavana valaistaan kuvioiden yhteydessä keksinnön suori- 5 100316 tusmuotoesimerkkejä.

Piirustuksissa: 5 Kuvio 1 esittää pituusleikkausta putkikokillista kuvion 2 viivan I-I mukaan, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen kokillin päälikuvantoa, ja 10 kuvio 3 esittää pystyleikkausta kokillin seinämästä.

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty kokilli 3 monikulmaisen tangon poikkileikkauksen jatkuvavalamiseksi, esillä olevassa esimerkissä nelikulmainen tangon poikkileikkaus. Nuoli 4 osoit-15 taa kohti muotin 3 valupuolta ja nuoli 5 kohti kokillin 3 tangon poistopuolta. Muottiontelon 6 poikkileikkauksella on valupuolella ja tangon poistopuolella erilaiset geometriset muodot. Kuten parhaiten kuviosta 2 on nähtävissä, on muottiontelon 6 poikkileikkaus valupuolella 4 nurkkien 8 - 8''' 20 välissä varustettuna poikkileikkauksen suurennuksella pullistuman 9 muodossa. Kaarikorkeus 10, joka kuvaa pullistuman määrää, pienenee jatkuvasti tangon etenemissuunnassa 11 muottiontelon 6 osapituudella 12. Muottiontelon poikkileikkaukset tasoissa 14 ja 15 rajoittavat kokilliosan 13, jolla 25 on nelikulmainen poikkileikkaus varustettuna kulmapyöris-teillä 16, kuten tunnettua tekniikan tasosta.

Kehäviiva 17 osoittaa muottiontelon poikkileikkauksen tasossa 14 ja kehäviiva 18 muottiontelon poikkileikkauksen tasos-30 sa 15. Muottiontelon 6 poikkileikkaus on kokillin poistopuolella joka sivulla suoraviivainen nurkkien 8 välillä. Nuolella 2 on osoitettu muottiontelotilan 6 kehäviivan osa. Tässä kokillissa on järjestettynä neljä kehäosaa samanlaisin poikkileikkauksen laajennuksin 7. Muottiontelotilan 6 neli-35 kulmaisen perusmuodon asemasta voisi myös kuusikulmainen, suorakulmainen, suunnilleen pyöreä jne. poikkileikkaus toimia perusmuotona.

6 100316

Muottiontelon 6 vastapäisten sivujen välinen sisämitta 20 valupuolella 4 suurimman pullistuman alueessa on 5 - 15 % suurempi suhteessa sisämittaan 21 vastapäätä sijaitsevien sivujen välillä tangon poistopuolella. Sisämitta 20 voi, 5 toisin ilmaistuna, olla vähintään 8 % suurempi kuin sisämitta 22 tasossa 14 osapituuden 12 päässä.

Pullistuman 9 kaarikorkeus 10 alenee tangon etenemissuunnas-sa 11 jatkuvasti peräkkäisissä poikkileikkauksissa. Maksi-10 maalisen kaarikorkeuden 10 kartiokkuudeksi pitkin viivaa 24 voidaan valita 8-35 %/m.

Osapituus 12 on tässä esimerkissä 400 mm tai suunnilleen 40 % kokillin pituudesta, joka on noin 1000 mm.

15

Viitenumerolla 40 on esitetty kaaviollisesti tietokone, jolle syötetään informaatiot 41 - 45, jolloin 41 esittää teräsanalyysiä, 42 ylikuumennuslämpötilaa, 43 väliastiassa olevaa valulämpötilaa, 44 kokilli- ja voiteluaineparametrejä 20 ja 45 jatkuvasti mitattua kitka-arvoa kokillin ja tangon välillä. Tietokone 40 laskee erilaisia käyttötiloja varten, kuten sulatus, täyskuormitusvalu, valukatkos, valun päättyminen jne., valupinnan korkeuden, joka määrää vastamuodos— tuksen määrän, ja seuraavana ohjaa metallin syöttöä kokil-25 liin tulppa- tai liukusulkimella 47 ja vastaavasti tangon poisvetonopeutta 48, kylvyn korkeuden saattamiseksi toivottuun korkeusasemaan kokillin sisäpuolella.

Kuvio 3 osoittaa, kuinka vastamuodostuksen määrä mitataan.

30 Pullistuman 32 vinosti kulkeva sisäpuolinen rajaviiva 30 pitkin pullistuman keskiosaa päättyy tasoon 31. Tangon etenemissuunnassa kulkee tämä pullistuma tässä pystyleik-kauksessa suoraviivaisesti. Se voisi olla rajoitettu kuitenkin myös degressiivisellä tai S-muotoisella käyrällä jne.

Mikäli kylvyn pinta 35 sijaitsee esitetyllä korkeudella, niin pullistuman vastamuodostuksen määrä on nuolen 36 pi- tl 35 7 100316 tuutta vastaava. Mikäli kylvyn pinta laskee pistekatkovii-voin osoitettuun korkeuteen 35', niin pullistuman vastamuo-dostuksen määrä vähenee pituuden 37 verran. Mikäli vastamuo-dostuksen määrän tulee seisokin yhteydessä olla nolla, niin 5 kylvyn pintaa lasketaan osapituuden 39 päätekohtaan 38 tai sen alapuolelle.

Erään suoritusmuotovariaation mukaisesti on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista seuraavat menetelmävaiheet. 10 Valettaessa uutta tankoa tai sekvenssiä annetaan käytetyn kokillin parametrit 44 ja valumetallin parametrit 41 - 43 tietokoneelle. Tietokone ottaa muistista näihin parametreihin optimoidut kitka-arvot erilaisilla valunopeuksilla siihen liittyvän kylvyn pinnankorkeuden kerällä aloitusta 15 varten, täyskuormituskäyttöä varten, vähennettyä valukäyttöä varten ja valun päättymistä varten. Valun aikana annetaan valumetallin ylikuumennus- ja valulämpötila korjauskertoime-na kunkin mittauksen yhteydessä tietokoneelle. Mitattua kitka-arvoa 45 verrataan jatkuvasti optimoidun kitka-arvon 20 kanssa, joka liittyy kuhunkin valutoimenpiteeseen. Poikkeamien yhteydessä suurennetaan tai vastaavasti pienennetään pullistuman vastamuodostuksen määrää asettamalla korkeampi tai alempi kylvyn pinnankorkeus osapituuden alueessa. Tässä esimerkissä myönnetään tangon kitkamittaukselle kokillissa 25 muihin valuparametreihin nähden prioriteettiasema. Kitka-arvon asemasta voidaan ohjaussuureeksi valita myös tangon ulosvetovoima.

Tähän menetelmään käytetyt kokillit ovat yksityiskohtaisem-30 min kuvatut EP-patenttihakemuksessa 92101506.1 ja esitetty kuvioissa. Keksinnön julkitulo tukeutuu siten lisäksi tähän julkaisuun.

Claims (12)

100316

1. Menetelmä metallin, erityisesti teräksen, jatkuvavalami-seksi, jolloin teräs valetaan kokilliin (3), jonka muottion- 5 telon poikkileikkaus on valun puoleisessa päässä (4) suurempi kuin tangon poistopuolella (5) ja osittain jähmettyneen tangon poikkileikkausta muotoillaan ainakin kokillin (3) osapituudella (12) kuljettaessa kokillin (3) läpi, tunnettu siitä, että valettaessa billettejä ja 10 raakatankoja, - joilla on monikulmainen poikkileikkaus, tangon kuori, jossa on tasaisesti jaetut pullistumat (9) kaikkien nurkkien (8—8'’1) välillä tai - joilla on suunnilleen pyöreä poikkileikkaus, tangon kuori, 15 jossa on vähintään kolme, tangon poikkileikkauksen kehälle tasaisesti jaettua pullistumaa (9), saatetaan jähmettymään kokillin (3) valunpuoleisessa päässä (4), ja kuljettaessa kokillin (3) läpi, muuttaen tangon poikkileikkausmuotoa, pullistumia (9) vastamuotoillaan (36), 20 ja että pullistumien (9) vastamuodostuksen (Ruckformung) määrä (36) määrätään asettamalla vastaava metallisulan pinnantaso (35) kokillin (3) osapituudella (12) valuparamet-reistä, kuten teräsanalyysi, valunopeus, teräksen ylikuumen-nuslämpötila väliastiassa, tangon ja kokillin välinen kitka 25 tai ulosvetovoima ohjaimessa, riippuvaisena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuksen määrä (36) määritellään millimetreinä. 30

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuksen määrä (36) määrätään teräsanalyysistä ja valitusta va-lunopeudesta riippuvaisena. 35

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuk- 100316 sen määrä (36) määrätään ylikuumennus- ja/tai valulämpöti-lasta riippuvaisena.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuk-sen määrä (36) määrätään valunopeuden matemaattisena funktiona .

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuk-sen määrä (36) määrätään tangon ja kokillin välisen mitatun kitkan mukaisesti.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnet-15 t u siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuksen määrä (36) sovitetaan jatkuvasti optimoituun kitka-arvoon.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pullistumien (9) muodostuksella 20 tangon poikkileikkausta pienennetään 4 % - 15 %, edullisesti 6 % - 10 %, valupinnan (35) ja osapituuden (12) lopun välillä .

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, ] 25 tunnettu siitä, että hetkelliset valuparametrit (41 - 45), kuten teräsanalyysi, ylikuumennuslämpötila ja teräksen lämpötila väliastiassa, valunopeus, tangon poikkileikkaus, ontelotilan pullistuman kartiomaisuus ja pituus, valun voiteluaine, kitka-arvot jne. syötetään tietokoneelle (40), 30 verrataan vastaaviin nimellisarvoihin, poikkeaman tapaukses-sa määrätään pullistuman eliminoinnin nimellismäärä ja syötetään ohjaimelle (46) metallisulan pinnan nimelliskor-keuden korjaus.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostuva tanko jäähdytetään hetkellisten valuparametrien (41 - 45) mukaisesti kokillin 100316 sisäpuolella primäärijäähdytysjaksossa välillä 500 -1000 mm.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että tangon kuoren pullistuman eliminoimiseksi valitaan osapituus (12) välillä 0 - 60 % kokillin pituudesta.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että pullistuman (9) vastamuodostuk-sen määrä (36) määrätään kokillin, erityisesti osapituuden (12), lämpövirran tiheydestä riippuvaisena. 100316